第一节　合金教学实录及点评

第一节

合金

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1.了解合金的定义及特点。2.认识金属与合金在性能上的主要差异，知道生活中常见合金的组成。3.了解铁合金、铝合金和铜合金的组成、性能和用途。

一、认识合金

1.合金的概念

合金是由两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质。

2.合金的性质

(1)一般情况下，合金比纯金属硬度更大、更坚固。

(2)多数合金的熔点一般比各成分金属的低。

(3)一般来说，合金的性质并不是各成分的性质的总和，合金具有良好的物理、化学或机械的性能。

(4)合金的性能可以通过所添加的合金元素的种类、含量和生成合金的条件等来加以调节。如：生铁的熔点比纯铁的低；硬铝(含Cu、Mg、Mn、Si)的强度和硬度都比纯铝大。

议一议

1.合金与纯金属性能为何不同？

答案

在纯金属内，加入了其他合金元素时，合金元素的原子或大或小，改变了原子有规则的排列。

(1)合金原子层之间的排列不规整，滑动变得困难，增大了合金的硬度。

(2)加入合金元素后，由于合金元素的原子半径与原金属原子不同，使金属原子的排列变得不规整，原子间的相互作用力变小，使合金的熔点变低。

2.所有合金都不具有固定熔点吗？

答案

不是，合金虽是混合物，但其组成是均匀的，所以有些合金具有固定的熔点。

3.人类使用最早的合金是铁合金还是铜合金？为什么？

答案

铜合金，因为铁的活泼性大于铜，铁更难冶炼。

二、使用合金

1.铁合金

生铁和钢是含碳量不同的两种铁碳合金。生铁的含碳量为2%～4.3%，钢的含碳量为0.03%～2%。钢一般可分为碳素钢和合金钢两大类。根据含碳量不同，碳素钢可分为高碳钢、中碳钢和低碳钢：含碳量高，硬度较大；含碳量低，韧性较强。不锈钢是最常见的一种合金钢，其中除含有铁元素外，还主要含有铬和镍元素。

2.铝合金和铜合金

(1)铝合金

纯铝的硬度和强度较小，向铝中加入少量的合金元素如Cu、Mg、Si、Mn、Zn及稀土元素等可制成铝合金。例如：硬铝中含Cu 4%、Mg 0.5%、Mn 0.5%、Si 0.7%。

(2)铜合金

黄铜(Cu-Zn合金，含Zn 20%～36%)，青铜(Cu-Sn合金，含Sn 10%～30%)。

3.新型合金

(1)储氢合金是一类能够大量吸收H2，并与H2结合成金属氢化物的材料。

(2)钛合金、耐热合金和形状记忆合金等新型合金广泛应用于卫星、航空航天、生物工程和电子工业等领域。

议一议

1.生铁和钢的本质区别是什么？如何将生铁冶炼成钢？

答案

生铁和钢的本质区别是含碳量不同，生铁的含碳量比钢高。炼钢是在高温条件下，用氧化剂把生铁中过多的碳和杂质氧化除去的过程。

2.不锈钢中添加的主要元素是什么？各有什么作用？

答案

不锈钢中添加的元素主要是Ni和Cr，Cr是防氧化元素，使不锈钢表面形成一层致密的氧化物保护膜，防止内部的Fe与外界物质接触；Ni是防腐蚀元素，使不锈钢在多种酸、碱、盐溶液中也能具有很好的化学稳定性和耐腐蚀性。

3.钛合金有什么优点？

答案

(1)比强度高；(2)热强度高；(3)抗蚀性好；(4)低温性能好。

1.合金的性质特点

例1

合金相对于纯金属制成的金属材料的优点是(

) ①合金的硬度一般比它的各成分金属的大

②一般地，合金的熔点比它的各成分金属的更低

③改变原料的配比、改变生成合金的条件，得到有不同性能的合金

④合金比纯金属的导电性更强

⑤合金比纯金属的应用范围更广泛

A.①②③⑤

C.①②④

B.②③④

D.①②④⑤

解析

合金的机械性能比各成分金属的大，故①是正确的；根据教材知识，②③是正确的；

合金的电阻率比纯金属要大，故④是错误的；合金由于性能好而应用更广泛，⑤是正确的。

答案

A 知识归纳

合金与纯金属在性能上的差异

(1)一般情况下，合金比纯金属的硬度更大、更坚固，其原因是：如下图所示，纯金属和合金的结构并不相同，在纯金属内，所有原子的大小和形状都是相同的，原子的排列十分规整。而合金内加入了其他元素或大或小的原子，改变了金属原子有规则的层状排列，使原子层与层之间的相对滑动变得困难。

(2)一般情况下合金的熔点比纯金属低，其原因是：在纯金属内，所有的原子大小相同，排列十分规整；而合金内原子的大小不一，排列没有纯金属那样整齐，使得原子之间的相互作用力减小。所以，多数合金的熔点一般比各成分金属的熔点都要低。

变式训练1

某合金与铁的物理性质比较如下：

某合金

铁

熔点

3 200 ℃

1 535 ℃

密度

3.20 g·cm3

－硬度

7.5 4.5 导电性

3.5 17 7.86 g·cm3

－(注：硬度以金刚石为10作标准，导电性以Ag为100作标准) 已知该合金耐腐蚀，强度大，从性能看，该合金不适合制作(

) A.门窗框

C.导线

答案

C 解析

从该合金与铁的性质比较，其有较高熔点，不易熔化，可制炉具；有较小的密度和较大的硬度，可制门窗框和飞机外壳；该合金导电性较差，不适宜制作导线。

2.重要合金类型及性能

例2

高功率Ni/MH(M表示储氢合金材料)电池已经用于混合动力汽车，其放电时的反应为NiOOH＋MH===M＋Ni(OH)2，下列有关说法不正确的是(

) A.储氢合金是一种新型合金

B.储氢合金的一大重要特点是吸收H2的能力强

C.此电池工作时，储氢合金中的H2释放出来参与反应

D.此电池工作时，释放出的H2在原电池的负极上发生失电子的还原反应

解析

工作时，储氢合金释放出来的H2在负极上发生失电子的氧化反应。

B.炉具

D.飞机外壳

答案

D 知识归纳

名称

铁合金

生铁

钢

组成

含碳量2%～4.3% 含碳量0.03%～2% 含有10%～30%的镁

含铜4%、镁0.5%、锰0.5%、硅0.7% 含锌20%～36%，常加入少量锡、铅、铝

含锡10%～30% 主要性质

硬度大、抗压、性脆

延展性、机械性能良好

强度和硬度都比纯铝和纯镁大

强度和硬度都比纯铝大

有良好的强度和塑性、易加工、耐腐蚀

有良好的强度和塑性、耐磨、耐腐蚀

耐高温、耐腐蚀、高强度

主要用途

铸造机座、管道等

用途最广、用量最大的合金材料

火箭、飞机、轮船等制造业

火箭、飞机、轮船等制造业

铝合金

硬铝

黄铜

机器零件、如轴承、齿轮等

青铜

机器零件，如轴承、齿轮等

用于宇航、飞机、造船、化学工业

钛合金

含铝6%、钒4% 加入银、铜、稀土元素等

金合金

有光泽、易加工、耐磨、耐腐蚀、金饰品、电子元件、钱币、易导电

笔尖

变式训练2

钛(Ti)因为具有神奇的性能越来越引起人们的关注，是航空、军工、电力等方面的必需材料，被誉为“空间金属”和“深海金属”。

(1)钛和钛的合金具有很多优良的性能，如熔点高、密度小，可塑性好、易于加工，钛合金与人体有很好的“相容性”。根据它们的主要性能，下列用途不切合实际的是________。

A.用来做保险丝

C.用来制造人造骨

B.用于制造航天飞机

D.用于制造船舶

(2)常温下钛不和非金属、强酸反应。红热时，却可与常见的非金属单质反应。地壳中含钛矿石之一称金红石(TiO2)，目前大规模生产钛的方法是：

第一步：金红石、炭粉混合，在高温条件下通入氯气制得TiCl4和一种可燃性气体，该反应的化学方程式：___________________________________________________________ ________________________________________________________________________，

该反应的还原剂是______________。

第二步：在氩气的气氛中，用过量镁在加热条件下与TiCl4反应制得金属钛。

简述由上述所得产物中获取金属钛的步骤_____________________________________ ________________________________________________________________________。

答案

(1)A (2)TiO2＋2C＋2Cl2=====TiCl4＋2CO

碳

加入足量盐酸，除去过量镁、MgCl2，过滤，洗高温

涤

解析

(1)物质的性质决定其用途，应结合题干所给的有关性质的信息来分析。由题干知钛和钛合金的熔点高，不能用来做保险丝；其密度小、熔点高、可塑性好，可用于制造飞机及船舶，与人体有很好的“相容性”可制造人造骨。

(2)第一步得到的可燃性气体应是CO，结合原子守恒及电子转移守恒，化学方程式应为TiO2＋2C＋2Cl2=====TiCl4＋2CO，该反应中，碳元素化合价升高，C作还原剂；第二步应为镁置换钛的反应，化学方程式为TiCl4＋2Mg=====Ti＋2MgCl2，所得产物含杂质镁(镁过量)的Ar钛、MgCl2，利用钛不与强酸反应，应加足量盐酸除去过量杂质镁、MgCl2，过滤即得钛。

△高温

1.有关合金的叙述错误的是(

) A.铁与非金属氯、氧等很难形成合金

B.合金是混合物

C.合金具有固定的熔点

D.形成合金后，其熔点要提高

答案

D 解析

合金可以由两种或两种以上的金属形成，也可以由金属与非金属形成，但活泼的非金属与金属很难形成合金，形成合金的非金属主要由活泼性较差的、熔点较高的非金属组成，如碳、硅等，故A项正确；合金是一类较特殊的混合物，具有固定的熔点(区别于一般混合物)，且一般比其成分金属熔点低，故B、C两项正确；D项错误。

2.有关合金的叙述正确的是(

) A.合金的导电性比成分金属强

B.合金的抗腐蚀性能都很好

C.合金的密度比各成分金属小

D.多数合金比成分金属熔点低、硬度大

答案

D 解析

一般合金的熔点比各成分金属的熔点低，硬度、强度更大，但腐蚀性有的较差，导电性一般较弱。

3.钢铁是铁和碳的合金的总称，其强度高、价格便宜、应用广泛。在以下关于不锈钢和普通钢的认识中，你认为正确的是(

) A.它们的组成元素是相同的

B.耐腐蚀的性能不同

C.它们都属于钢，因此物理性质相同

D.构成普通钢和不锈钢的主要元素都是铁，因此它们的化学性质相同

答案

B 解析

不锈钢中添加的元素主要是Ni和Cr，Cr是防氧化元素，使不锈钢表面形成一层致密的氧化物保护膜，防止内部的Fe与外界物质接触；Ni是防腐蚀元素，使不锈钢在多种酸、碱、盐溶液中也能具有很好的化学稳定性和耐腐蚀性。

4.现代建筑门窗常用古铜色的硬铝制造，取硬铝样品进行如下实验(每一步所加试剂都是过量的)：

由此可以推知，下列各组可能是硬铝组成成分的是(

) A.Al、Cu、Mg、Si

C.Al、Fe、C、Cu

答案

A 解析

硬铝中加入足量盐酸后的不溶物能与NaOH溶液作用产生气体，则硬铝中含有Si，其方程式为Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。与过量盐酸反应后得到的不溶物与过量NaOH溶液反应后又得到不溶物，故硬铝中含有与盐酸、NaOH均不反应的物质，如Cu、C等，综上所述，A项符合题目要求。

5.将5.0 g某合金放入足量的稀盐酸中完全反应，共收集到的氢气在标准状况下的体积为2.24 L，则该合金可能是(

) A.Mg-Al合金

C.Fe-Zn合金

答案

B 2.24 L解析

由题意知，n(H2)＝－＝0.1 mol，即产生0.1 mol H2消耗合金为5.0 g，产生22.4 L·mol11 mol H2消耗合金为50 g。满足此条件的要求是产生1 mol H2时消耗一种金属质量大于50 g，一种金属质量小于50 g。对于给出的金属，产生1 mol H2时消耗的质量为m(Mg)＝24 g，m(Al)＝18 g，m(Fe)＝56 g，m(Zn)＝65 g，Cu与稀盐酸不反应，故选B。

6.金首饰的成色以纯度千分数(或K数)前冠以金或G来表示，例：金999或G 24 K为千足金，金500即G 12 K。

(1)金750或G 18 K的黄金含金质量分数是________。

(2)用于制作黄金首饰的材料多数为金的合金，在金中掺入其他合金材料的主要目的是________。

A.易加工

B.强度高

B.Fe-Al合金

D.Cu-Zn合金

B.Al、Mg、Si、Zn D.Al、Si、Zn、Na

C.耐磨损

D.成本低

(3)黄金首饰戴时间久了，表面会变暗，你认为首饰店在清洗时所选的试剂应是________；若金首饰在不法首饰店清洗后发现质量明显减少，则是因为他们在清洗液中又另加了试剂________的缘故。

(4)用铜锌合金制成的假金元宝欺骗消费者的事件屡有发生，下列不易区别其真伪的方法是________。

A.测定密度

C.放入盐酸中

B.放入硝酸中

D.观察外观

答案

(1)75%

(2)ABCD

(3)稀盐酸

硝酸

(4)D 解析

金999(1 000)或G 24 K为纯金，金500或G 12 K为金含量50%的黄金，则G 18 K的黄金，含量应为75%。在纯金中掺入其他材料即可构成合金，合金熔点低，易加工，强度大，硬度大，耐磨损，黄金性质稳定，不溶于浓盐酸和浓硝酸，但能溶于浓盐酸与浓硝酸混合而成的“王水”。